Aufbau der Vorlesung - TECO · Ubiquitous Computing WS 02/03 Michael Beigl, TecO 7-17 IrDA...
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Ubiquitous Computing(Ubiquitäre Informationstechnologien)Vorlesung im WS 02/03
Michael BeiglUniversität KarlsruheInstitut für TelematikTelecooperation Officewww.teco.uni-karlsruhe.de
Ubiquitous Computing WS 02/03 Michael Beigl, TecO 7-2
Aufbau der Vorlesung
Grundlagen
Geräte
Vernetzung
Netzwerke
Middleware
Kontext
Geräte
digitale WeltKontext
reale Welt
Interaktion Vernetzung
(vorverarbeitete)Information
Information
Interaktion
Anwendungen
Anwendungen
21
3
4
5
6
7
7
2 34
5
6
Ubiquitous Computing WS 02/03 Michael Beigl, TecO 7-3
Netzwerke
EinleitungKabelgebundene NetzwerkeKabellose Netzwerke
IrDABluetooth
Aktuelle ForschungKontextnetzeBody-Netzwerke
Ubiquitous Computing WS 02/03 Michael Beigl, TecO 7-4
Netzwerke für UbicompAnforderungenAnwendungsbezug§ Information Applicances
? Einfachheit? Vielseitigkeit? Vergnüglichkeit
§ -> Bedienbarkeit, Energieverbrauch, AdministrationUsability-Bezug§ Mache nutzbare Eigenschaften sichtbar§ Benutze natürliche Assoziationen zur Verdeutlichung§ Gib Feedback§ Affordances!
Ubiquitous Computing WS 02/03 Michael Beigl, TecO 7-5
Netzwerke für Ubicomp
Charakteristika ggüber WLAN, Ethernet etc.§ Netzwerktypen: oft verschiedene durch breiten
Anwendungsbereich? Multimedia / Information, Echtzeit, Kontext
§ Ad-Hoc Ausprägung: Spontanes Hinzukommen/Verlassen,keine/einmalige Administration, auf allen Schichten§ Kommunikationsmodel: Anwendungsorientert (Peer-to-Peer)
Dienstorientert (Master-Slave)§ Medien: oft mobil und kabellos, für Haustechnik und Multimedia
auch kabelgebunden§ Durchsatz, Latenz-, Einbuchzeiten: Multimedia: hoher Durchsatz,
längeres Einbuchen, Kontext: niedriger Durchsatz, kurzes Einb.§ Energie und Preis: Oft Energiesparend und preiswert§ Routingfähgkeiten: Netzwerk-Routing oder Application Layer
BridgesUbiquitous Computing WS 02/03 Michael Beigl, TecO 7-6
Netzwerke für Ubicomp
Ausprägung§ kleine Zellen, Personal Area Networks§ Lokalität als Gewinn, Nutzung von Lokationsinformation§ Preiswert durch preiswerte Gerättechnologie§ ... und durch verringerten Kabelaufwand:§ z.B. Nutzung vorhandener Infrastruktur: Telephonkabel,
Stromkabel§ ... Und durch best-effort Verkabelung: Kabelgebundene
Grobverkabelung sowie kabelloser letzter Meter§ Anwendungs- statt Technikorientiert
Ubiquitous Computing WS 02/03 Michael Beigl, TecO 7-7
Netzwerke für Ubicomp
Weitverkehrsnetze§ GSM, DECT, UMTS, ... siehe Vorlesung Mobilkommunikation
Kabelgebundene Netzwerke§ Insbesondere zur Unterstützung von Multimedia-Appliances§ Peripherie: USB, Firewire§ Power Line (PLC) / Phone Line§ Hausbussysteme: EIB, CEBus, BACNet, LONWorks
Kabellose Netzwerke (Wireless Personal Area Networks WPAN)§ Kabelersatz für Zusatz-, Peripheriegeräte: Bluetooth, IrDA
Forschung
§ Kontextnetzwerke: SmartDust, SPOT§ Body-Netzwerke
Ubiquitous Computing WS 02/03 Michael Beigl, TecO 7-8
Netzwerke
EinleitungKabelgebundene Netzwerke
Peripheriebusse für MultimediaHausbussysteme zu SteuerungPowerLinie für Datenübertragung
Kabellose NetzwerkeIrDABluetooth
Aktuelle ForschungKontextnetzeBody-Netzwerke
Ubiquitous Computing WS 02/03 Michael Beigl, TecO 7-9
IrDA Infrarot-Datenübertragung
Infrarotkommunikation§ Richtcharakteristik§ Räume als natürliche Grenzen§ Bsp: ActiveBadge, ParcTab
(ACHTUNG: kein IrDA)§ aber: Abschattungsprobleme§ Lsg: diffuses Infrarot, Nutzung von
Reflektion Nachteil: niedrigeBandbreite
IrDA: Infrared Data Association§ IrDA DATA: Standard für Punkt-
zu-Punkt Infrarot-Kommunikation§ kurze Distanz (1,5m+), 30°(60) Kegel
für gerichtete Kommunikation
Link-Länge0-1.5 m
Ausrichtungerforderlich!
Gerät 2Gerät 1
Keine Ausrichtungerforderlich!
Ubiquitous Computing WS 02/03 Michael Beigl, TecO 7-10
IrDA Infrarot-Datenübertragung
IrDA als Beispiel für typ.Netzwerk in Ubicomp
Rahmenbedingung IrDA§ gerichtete Kommunikation§ spezifizierte Ausbreitung: 30
Grad Halbwinkel, 2m§ Grund: Aufbau eines
"Piconetzes" sollte ermöglichtwerden§ unerwünschte Einflüsse,
insbesondere Reflexion,mußten vermieden werden
Ubiquitous Computing WS 02/03 Michael Beigl, TecO 7-11
IrDA Anwendung§ initiale Anwendung: Kommunikation zwischen Host und
Peripherie (Drucker, Maus, Tastatur,...)Kabeleliminierung
§ heute Standard in mobilen Rechnern / PDAs / Appliances§ „Point-and-shoot“-Anwendungen
? z.B. von Digitaler Kamera auf den Drucker? z.B. von PDA zu PDA: Visitenkarten austauschen
Nutzung derRichtcharakteristik zur Auswahl
§ 2000: 170 Mio. Geräte
IrDA Infrarot-Datenübertragung
2002Ubiquitous Computing WS 02/03 Michael Beigl, TecO 7-12
IrDA Infrarot-Datenübertragung
IrTran-P IrLANIrObex IrComm IrMC
LM-IAS Tiny Transport Protocol – Tiny TP
Ir Link Management Protocol - MUX - IrLMP
Ir Link Access Protocol - IrLAP
Async Serial Ir9600-115.2 Kb/s
Sync Serial Ir0.576 / 1.152 Mb/s
Sync, 4 PPM4 Mb/s
IrDA Protokollarchitektur
PHY (Physical Signaling Layer):verschiedene Codierungen für Über-tragungvon 9.6 kbps bis 4 Mbps
IrLAP: Device Disco-very, zuverlässige1:1-Verbindungen
IrLMP: Multiplexing,mehrere log. Kanäleüber eine Verbindung
Tiny-TP: Daten-segmentierung,Flusskontrolle
Ubiquitous Computing WS 02/03 Michael Beigl, TecO 7-13
IrDA Physical Layer: Slow IR (SIR)
Asynchron (oder Synchron) mit 2.4-115.2 Kbps: SIR§ basiert auf UART (serielle Schnittstelle), ersetzt Kabel§ RZI-Modulation („Return-to-Zero Inverted“):
Pulskodierung mit Puls für ‚0‘
§ Pulslänge 3/16 weniger Energie, größerer Pulsabstand§ Start und Stop Bits im UART-Rahmen zur Synchronisation
0 1 0 1 0 0 1 1 0 1
StartBit
StopBitDaten-Bits
UART-Rahmen
StartBit
StopBitDaten-Bits
IR-Rahmen
Ubiquitous Computing WS 02/03 Michael Beigl, TecO 7-14
IrDA Physical Layer: Fast IR (FIR)
Synchrone Übertragung mit 0.576 / 1.152 Mbps§ RZI-Pulskodierung, Pulslänge 1/4, d.h. 434ns bzw. 217nsSynchrone Übertragung mit 4 Mbps§ 4PPM-Codierung:
Four Pulse Position Modulation§ Datenbit-Paare werden zusammen-
gefaßt und in 500ms-Periodecodiert§ Aufteilung der Periode in 4 Chips,
Codierung durch PulspositionVFIR§ HHH(1,13) Codierung 3 Chips für 2 BitHDLC-ähnlicher Rahmen im Link Control Layer (IrLAP+IrPhy
Standard!)? 01111110 Start/Stop-Felder, Bit Stuffing in den Daten
STA STA ADDR DATA FCS STO
DBP 4PPM Code00 100001 010010 001011 0001
Ubiquitous Computing WS 02/03 Michael Beigl, TecO 7-15
IrDA Verbindungsaufbau
Device Discovery Ir Link Access Protocoll (IrLAP)§ Discovery-Dienste: Request, Indication, Confirm§ Ad-hoc Übergang und Verbindungsaufbau, keine Admin., Einstellung etc.§ Sniff-Modus: Stromsparen, nur alle 2-3 sec. aufwachen und
Antwort auf eventuell erfolgten Discovery-Request senden§ Adresskonflikt: wenn sich Geräte mit gleicher Adresse melden, werden alle
aufgefordert, neue Adressen zu wählen
Ubiquitous Computing WS 02/03 Michael Beigl, TecO 7-16
IrDA Verbindungsaufbau II
Umsetzung der Merkmale in IrDA§ 2 Optionen:
? Sehr niedrige Sendeleistung? Entsprechend unempfindliche Empfänger
§ Gewählt wurde unempfindlicher Empfänger§ Pulse von 2 - 0.5 A üblichPulskodierung ASIR: Energiesparen beim Codieren§ 1,41 µs oder 3/16 Kodierung§ beide Kodierungen müssen von jedem Empfänger verstanden
werden§ 3/16 sind: 9,75µs bei 19200
2,4µs bei 576001,2µs bei 115200
§ bei Pulscodierung analoges Filtern unabhängig von derBaudrate möglich (613,5kHz)§ Kürzere Pulse werden von aller gängigen Hardware akzeptiert
Ubiquitous Computing WS 02/03 Michael Beigl, TecO 7-17
IrDA Verbindungsauf III
§ Folgeprobleme des Designs? Ausrichtung, da keine Nutzung der Reflektion? Teilnehmer können sich z.T. nicht sehen
§ Lösung in IrDA? Master Slave Verfahren.
§ Bestehendes Problem: Hidden Terminal? Bei 4 Teilnehmern Abstimmung über Teilnetze nötig? IrDA fast immer Punkt zu Punkt Verbindung
Ubiquitous Computing WS 02/03 Michael Beigl, TecO 7-18
Netzwerke
EinleitungKabelgebundene Netzwerke
Peripheriebusse für MultimediaHausbussysteme zu SteuerungPowerLinie für Datenübertragung
Kabellose NetzwerkeIrDABluetooth
Aktuelle ForschungKontextnetzeBody-Netzwerke
Ubiquitous Computing WS 02/03 Michael Beigl, TecO 7-19
Drahtlose Kommunikation
Infrarot
☺billig (Transceiver für US$ 1)☺keine Lizenzen nötig☺einfache Abschirmung☺Gerichtet, point & shoot☺als IrDA in sehr weit verbreitet in
Rechnern und Appliances
Lerfordert freie Sicht(free line of sight)Lwird leicht abgeschattet
Mobilfunk
☺Erfahrungen aus WAN/Telefonie☺Abdeckung größerer Flächen mit
Durchdringung von Wänden☺nicht gerichtet: Multicast
Lenger Frequenzbereich: heute meistNutzung des 2,4 GHz lizenzfreienBandesLschwierige AbschirmungLInterferenzen mit Elektrogeräten
Ubiquitous Computing WS 02/03 Michael Beigl, TecO 7-20
Drahtlose Kommunikation
Infrastruktur- vs. Ad hoc-Netzwerk
AP
AP AP
Infrastruktur-NetzwerkAP: Access PointsInfrarot-Bsp.: ParcTabFunk-Bsp: typisches 802.11-Netz (WaveLAN)
Ad hoc NetzwerkDirekte Kommunikation mitbegrenzter Reichweitekeine BasisstationenInfrarot-Bsp.:IrDA (Punkt-zu-Punkt)Mobilfunk: Bluetooth
Festnetz
Ubiquitous Computing WS 02/03 Michael Beigl, TecO 7-21
Bluetooth Mobilkommunikation
Bluetooth Technologie§ Mobilfunktechnik für ad hoc Vernetzung§ kurze Reichweiten (10m)§ universell: Sprache und Daten§ primär für portable, persönliche Geräte§ niedrige Kosten: angestrebter Preis 5 US$§ kleine Baugröße
Bluetooth Special Interest Group (SIG)§ Februar 1998: Ericsson, IBM, Intel, Nokia, Toshiba§ aktuell über 1800 Firmen (“Bluetooth adopter companies”)§ Entwicklung der Bluetooth Spezifikation als de facto Standard
? erste Version Juli 1999? über 1500 Seiten HW & SW Protokollspezifikation? Interoperabilität mit anderen Standards, v.a. IEEE 802.15 (Personal
Area Networks)
Bluetooth-Modul
Ubiquitous Computing WS 02/03 Michael Beigl, TecO 7-22
Bluetooth Mobilkommunikation
Warum “Bluetooth” ?
§ Harald Blåtand II: “Blauzahn”? König von Dänemark
940-981 AC? brachte Christentum nach
Skandinavien? vereinigte Dänemark und
Norwegen§ Bluetooth Technologie
? Ursprung in Skandinavien? Vereiningung multinationaler
Konzerne
Ubiquitous Computing WS 02/03 Michael Beigl, TecO 7-23
Wesentliche Merkmale
§ ISM-Band, 2.4 GHz: lizenzfrei in fast allen Ländern? 79 Kanäle im Bereich 2,402 bis 2,480 GHz, je 1 MHz breit? “frequency hopping”: 1600 hops / s
(d.h. Frequenzwechsel alle 625 µs)
§ ca. 1 mW Übertragungsleistung
§ 1 Mb/s auf dem Medium? Datenrate 432 kbit/s (full duplex) oder 723/57 kbit/s (asymmetrisch)
§ Simultan Sprache (“synchron”) und Daten (“asynchron”)
§ Sicherheitskonzepte
? Authentisierung, Verschlüsselung auf Verbindungsebene
§ Flexible Netzwerktopologie? ad-hoc Netze ohne vorbestimmten Master
Bluetooth Mobilkommunikation
Ubiquitous Computing WS 02/03 Michael Beigl, TecO 7-24
Universeller Zugangzu Daten/Sprache
Landline
Bluetooth Anwendungen
Kabelersatz
PersönlicheAd-hoc Netze
Ubiquitous Computing WS 02/03 Michael Beigl, TecO 7-25
Mobiltelefone§ Miniaturisierung, kein Platz für Kabelanschlüsse§ Verkabelung schränkt Mobilität/Flexibilität ein
PC-Umfeld§ drahtlose Anbindung von Maus und Tastatur
ohne Abschattungsprobleme§ Verbindung mobiler Geräte zum Drucker§ flexible Verbindung zu PDAs und Modems
Drahtloses Headset§ Zugang zu verschiedenen Geräten
? Telefon, PC, MP3 Player,Home Audio, ...
Anwendung: Kabelersatz
Ubiquitous Computing WS 02/03 Michael Beigl, TecO 7-26
Multimedia§ Drahtloser Transfer von Dokumenten§ Synchronisation verschiedener persönlicher
Geräte (PC, Laptop, Organizer, ...)§ Einfaches Sharing von Geräten wie Video
beamer und DruckerSynchronisieren§ auch automatisch, spontan
Anwendung: Persönliche Ad-hoc Netze
Ubiquitous Computing WS 02/03 Michael Beigl, TecO 7-27
PSTN, ISDN,PSTN, ISDN,LAN, WAN, xDSLLAN, WAN, xDSL
Universeller Zugang
Lösung für die letzten Meter• durchgängiger Zugang zu globalen Daten-/Sprach-
Infrastrukturen• Heimbereich: “mobile Verlängerung” der
Zugangsnetze zum Internet• unterwegs: über mobile Internet-Appliances weitere
Geräte anbinden
Bluetooth
Ubiquitous Computing WS 02/03 Michael Beigl, TecO 7-28
„Three-in-One Phone“§ Universeller Zugang zu Sprachdiensten
1. Schnurloses Telefon im Haus? Bluetooth-Verbindung zum Telefon-Festnetzzugang
2. Mobiltelefon im Außenbereich, z.B. GSM3. Walkie-talkie Kommunikation mit Telefonen in der Nähe
? direkte Bluetooth-Verbindung kurze Reichweiten
2
13
Ubiquitous Computing WS 02/03 Michael Beigl, TecO 7-29
Hidden Computing
„Briefcase Trick“• Kommunikation mit Geräten in der Nähe, die unsichtbar
sind• z.B. Notebook „versteckt“ in Aktentasche
sendet Header eingehender Emails aufpersönliches Display (z.B. in Sitzungen)
• Mobiltelefon in der Jackentasche alsunsichtbares Modem für den PDA
viele Anwendungen ...• automatische Identifizierung
und Authentisierung• Personalisierung von Geräten
in der Umgebung• Telefonieren mit fremdem Mobiltelefon...
BluetoothHeadset
BluetoothHandset
Bluetooth
UMTS/Internet
BluetoothNotebook inAktentasche
Ubiquitous Computing WS 02/03 Michael Beigl, TecO 7-30
RF
Baseband
AudioLink Manager
L2CAP
TCP/IP RFCOMM
Applications
Data
Con
trol
Bluetooth Architektur
RF-Schicht: physikalischeÜbertragung
Baseband: Auffinden von Geräten,Synchronisation, Fehlerbehandlung
Link Management:Verwaltung von Piconetzen
L2CAP: logische Verbindungen,Protokollanpassung
Anwendungsunterstützung
Ubiquitous Computing WS 02/03 Michael Beigl, TecO 7-31
2.402 2.480freq
frequency spectrum
Physikalische Schicht
Bluetooth RF „Radio“ LayerSpreizspektrumverfahren: Frequency Hopping SpreadSpectrum (FHSS)79 Frequenzbänder, 1 MHz breit: 2402 + x MHz (x=0,..,78)
FrequenzmodulationGFSK: „Gaussian frequency shift keying“
Frequency Hopping1600 Frequenzwechsel pro SekundeEinfluß von Störfrequenzen minimieren(Elektrogeräte, andere Bluetooth-Links, ...)
Ubiquitous Computing WS 02/03 Michael Beigl, TecO 7-32
Frequency Hopping
2,402 GHz
2,480 GHz
t625 µs
Kollisionfreq
Pseudozufällige Frequenzfolgen für jede Bluetooth-Zelle wird oberhalb der RF-Schicht im Basebandbestimmt
Störfrequenzen wird „automatisch“wieder ausgewichen, Kollisionenlösen sich bei nächstem Hop auf
Paket-Sendewiederholung beiPrüfsummenfehler und NAK
Beitrag zurSicherheit:nur Empfänger kenntrichtige Hop-Sequenz
Ubiquitous Computing WS 02/03 Michael Beigl, TecO 7-33
Verbindungsschicht
Bluetooth-Verbindungen§ Baseband Layer: Master-Slave
Punkt-zu-Punkt§ Link Manager: Management von
Bluetooth Piconet-Zellen(ein Master, mehrere Slaves)
Baseband§ Auffinden anderer Geräte§ Synchronisation zwischen Sender und Empfänger§ Paketformat, Verbindungsarten synchron/asynchron§ Fehlerbehandlung, Sendewiederholung
Link Manager§ Authentisierung und Verschlüsselung§ Piconet-Management: Signalisierung zwischen Link Managern zum
Zustand von Geräten, Power modes usw.
RFBaseband
AudioLink Manager
L2CAP
Ubiquitous Computing WS 02/03 Michael Beigl, TecO 7-34
Netzwerktopologie
Piconet: Kommunikationskanal für mehrere Geräte§ Geräte teilen sich einen Kanal, definiert durch gemeinsame Hop-
Sequenz, alle Geräte ändern gemeinsam Kanal§ Ein Master, simultan verbunden mit bis zu 7 Slaves
? weitere Slaves (insgesamt 255) können im Piconet “geparkt” sein? andere Geräte im Sendebereich im Stand-by
Zustand: nicht verbunden§ Master/Slave-Rollen sind dynamisch§ Verbindungsaufbau
? Master verteilt Takt u. Geräte-IDzur Bestimmung der Hop-Sequenz
§ Kommunikation? Punkt-zu-Punkt Master-Slave? Multicast vom Master an alle Slaves? nicht direkt slave-to-slave
M
S S
P
sbP
S
piconet
proximitysphere
Ubiquitous Computing WS 02/03 Michael Beigl, TecO 7-35
Scatternet: Verbindung von Piconets§ 2-10 Piconets können ein Scatternet bilden
? keine gemeinsame Hop-Frequenz? Verbindung über Knoten, die zwischen
Piconets hin- und herspringen§ Optimierung von Bandbreite/Volumen
? Piconet-Kapazität: 1 Mb/s? 10 Piconets im gleichen Sendebereich:
aggregierte Bandbreite bis ~10 Mb/s? Datenrate nimmt bei 10 Piconets nur
leicht ab (~10%)bis zu 80 aktive Geräteauf engem RaumABER: keine Broadcast, deshalb nur
eingeschränkt für Kontext-Netzwerke geeignet
M
M
SS
S
S
P
sb
sb
P
P
Netzwerktopologie
Ubiquitous Computing WS 02/03 Michael Beigl, TecO 7-36
Synchronisation und Adressierung
A
D
C
B
E
IDb
IDa
IDc
IDd
IDe
M
P
S
S
sb
IDa
IDc
IDd
IDa
IDa
IDa
IDe
IDb
Adressierung im Piconetz§ Active Member Address (AMA, 3-bits) für aktive Geräte
? 1..7 für Adressierung einzelner Slaves, 0 für Broadcast an alle Slaves§ Parked Member Address (PMA, 8-bits)
? für geparkte Slaves, d.h. Geräte die synchronisiert sind aber keineDatenpakete verarbeiten
Jedes Bluetooth-Geräthat48bit Geräte-Adresse/ID(komp. zu IEEE 802MAC)
Synchronisation: Masterverteilt ID und Takt
Master-ID bestimmtHop-Sequenz, Taktbestimmt Hop-Phase
Synchronisation
Ubiquitous Computing WS 02/03 Michael Beigl, TecO 7-37
Baseband Verbindungszustände
Inquiry Page
Active
AMA
Ttypical=0.6s
Ttypical=2s
HoldAMAPark
PMA
Ttypical=2 ms
Ttypical=2 ms
ReleasesAMA
Address
Low powerconnectedstates
Connected(full orreducedpower)
Standby
Connectingstates
Unconnected(low power)
Det
ach
Sniff
AMA
Standby: nicht Teil desPiconet,d.h. nicht aufsynchronisiert
Inquiry: Potentieller Mastersucht Geräte in der Nähe
Page: Master lädt Geräte in seinPiconetz ein; Verteilung von ID/Taktauf besonderer Hop-Sequenz;antwortende Slaves erhalten AMA
Active: „listening for data packets“;bei Sniff nicht durchgehend aberperiodisch
Hold: noch synchronisiert abernicht mehr mithörend; bei Parkauch Freigabe der AMA
Ubiquitous Computing WS 02/03 Michael Beigl, TecO 7-38
Netzwerke
EinleitungKabelgebundene Netzwerke
Peripheriebusse für MultimediaHausbussysteme zu SteuerungPowerLinie für Datenübertragung
Kabellose NetzwerkeIrDABluetooth
Aktuelle ForschungKontextnetzeBody-Netzwerke
Ubiquitous Computing WS 02/03 Michael Beigl, TecO 7-39
Routing in Ubicomp
Routing in Ad-hoc Netzwerken§ Allgemeine Problematik
? Zwei Stationen können nicht direkt über ihr Medium Nachrichtenaustauschen
§ Lösung? Verbindung über Zwischenstationen (Router)
§ Ansatz? Suche kostengünstigste Möglichkeit, Nachrichten zu routen
§ Kostengünstig? Preis, Verbindung mit meister Bandbreite, Verbindung mit aktuell am
wenigsten Auslastung, ....Probleme und Charakteristika in Ubicomp§ Problem: keine Basisstation, ständiges Hinzukommen/Verlassen, große
Anzahl Knoten, Instabilität, Topologie nicht bekannt§ Charakteristik: viele, „kleine“ Pakete (<255 byte), lokale Bedeutung der
PaketeUbiquitous Computing WS 02/03 Michael Beigl, TecO 7-40
Routing in Ubicomp II
Kosten§ Energieaufwand, verfügbare Energie in potentiellen Routern,
Störungsfreiheit der Verbindung, zeitliche Stabilität derVerbindung
verwendte Routingtypen Typen§ Weiterentwicklung von Verfahren für Festnetze, auch Flooding!§ Ad-Hoc Generierung von Routen z.B. Dynamic Source Routing§ Cluster-bildende Algorithmen: Annahme innerhalb der Gruppe
nicht so viel Bewegung§ Oft Multipfad-RoutingLösungsansätze§ Verwendung von Domänenwissen:§ Lokation, Struktur der Umgebung/Einsatzbereich, ...
Ubiquitous Computing WS 02/03 Michael Beigl, TecO 7-41
Netzwerke
EinleitungKabelgebundene Netzwerke
Peripheriebusse für MultimediaHausbussysteme zu SteuerungPowerLinie für Datenübertragung
Kabellose NetzwerkeIrDABluetooth
Aktuelle ForschungKontextnetzeBody-Netzwerke
Ubiquitous Computing WS 02/03 Michael Beigl, TecO 7-42
Smart-Its Netzwerk
SPOT network§ 125 kbit/s Bandbreite§ 868.35 MHz ISM band§ Time division, slotted concurrent
access, collision avoidance§ Energiesparend auf Schicht 1
durch fixe Kommunikationspunkte§ Energiesparend auf Schicht 4
durch allgemeines “Verstehen” derPakte§ Optimiert für Kontextübertragung in
Ad-Hoc Netzwerken§ Etwa 20 ms durchschnittliche
Verzögerung für Senden /Empfangen nachNeustart/Aufwachen
Abstract Communcation Layer
Communication Layer LL
Communication Layer PL
4
2
1
Ubiquitous Computing WS 02/03 Michael Beigl, TecO 7-43
SPOT
Abstract context communication in ACL§ Sensordaten werden zu Kontexten verarbeitet§ Kontext wird als Tupelfolge übertrage§ Empfänger entscheidet aufgrund des Inhaltes über Annahme von Daten§ „Fast-switch-off“ spart Energie ohne Daten zu verlieren§ Kommunikation für Verbreitung von Kontexten optimiert
Ubiquitous Computing WS 02/03 Michael Beigl, TecO 7-44
SPOT Kontext Kommunikation
Infrastrukturlos§ Ad-hoc§ Schnell§ Energiesparend
Ubiquitous Computing WS 02/03 Michael Beigl, TecO 7-45
SPOT Kontext Kommunikation
Infrastrukturlos§ Ad-hoc§ Schnell§ Energiesparend
Ubiquitous Computing WS 02/03 Michael Beigl, TecO 7-46
SPOT Kontext Kommunikation
Infrastrukturlos§ Ad-hoc§ Schnell§ Energiesparend
Ubiquitous Computing WS 02/03 Michael Beigl, TecO 7-47
SPOT Kontext Kommunikation
Mit Infrastruktur§ Routing§ Backend-Integration§ Internet Integration§ Lokationsdienste§ Erweiterung Ausbreigunsbereich
Ubiquitous Computing WS 02/03 Michael Beigl, TecO 7-48
SPOT vs. Smart-Dust
SPOT§ 125 kbit/s§ TD/Slotted Access§ Arbitration Methode vermeidet
Hidden Terminal§ Skaliert bis 1024 Knoten ohne
Backoff§ <12 % Verlust bei 256 Knoten§ Kommunikations-
reichweiten-regulierung§ kein Routing
COTS Dust (Smart-Dust)§ ~10 Kbps.
§ Einfaches CSMA§ Keine Hidden
TerminalBehandlung§ kein Komm.
Reichweiten-regulierung§ Appl.Layer
Routing
Weitere Versionen:§ z.B. Laser-
Kommunikation§ integrierte
Solarzelle!
Ubiquitous Computing WS 02/03 Michael Beigl, TecO 7-49
Netzwerke
EinleitungKabelgebundene Netzwerke
Peripheriebusse für MultimediaHausbussysteme zu SteuerungPowerLinie für Datenübertragung
Kabellose NetzwerkeIrDABluetooth
Aktuelle ForschungKontextnetzeBody-, Oberflächen-Netzwerke
Ubiquitous Computing WS 02/03 Michael Beigl, TecO 7-50
Intra-Body Kommunikation
Zimmerman‘s Personal Area Network§ Tom Zimmerman, MIT MediaLab 1996 (jetzt Watson/IBM)§ Übertragung von Daten durch den menschlichen Körper
? „Visitenkarte beim Händeschütteln übertragen“§ Kleine Ströme, hohe Spannungen (~15V)§ Welle bewegt sich „am Körper entlang“, Körper ist Masse
Ubiquitous Computing WS 02/03 Michael Beigl, TecO 7-51
Intra-Body Kommunikation
Vorteile§ berührungskontrollierte Verbindung§ energieeffizient§ Kopplung virtuelle/reale Welt
Anwendungen§ Datenaufnahme durch Berührung§ Verbindung zwischen Mensch und
Werkzeug bei mobiler Arbeit§ Historie der Interaktion mit Dingen
? z.B. automatisches lückenloses Protokollfür Laborexperimente:
(automatische) Reproduzierbarkeit§ Personalisierung von Geräten sobald sie in die
Hand genommen werden? z.B. Shared Appliances in Arbeitsgruppen
§ U.Washington: 56kbit
Quelle: Portalano-ProjektUniversity of Washington
Ubiquitous Computing WS 02/03 Michael Beigl, TecO 7-52
Networked Surfaces
Oberflächen als Übertragunsgmedium§ Projekt an der University of Cambridge§ z.B. Schreibtischoberfläche zur Vernetzung darauf
abgestellter Geräte? Kabeleliminierung PC + Peripherie? Synchronisation mitgebrachter mobiler Geräte? Stromversorgung abgestelleter Geräte
Physikalische Verbindung§ Aufbau der Oberfläche aus Kacheln§ Runde Kontaktfläche als universelle
Schnittstelle am Gerät§ Wahl der Geometrie sichert
erforderliche Anzahl von „Pins“
http://www-lce.eng.cam.ac.uk/
Ubiquitous Computing WS 02/03 Michael Beigl, TecO 7-53
FU
NC
TIO
NB
US
SE
S
TIL
EC
ON
TR
OL
BU
S
Tile
Controller
Tile
Controller
SurfaceManager
(keeps trackof objects,allocates
resources,controls tiles)
To othernetworks
Object
Controller
Object
e.g.Palm PilotComputerKeyboard
Mobile phoneetc
Handshaking
Data Traffic
Networked Surfaces
Quelle: F. Hoffmann, J. ScottLCE Group, U of Cambridge
Ubiquitous Computing WS 02/03 Michael Beigl, TecO 7-54
Surface Pads
Tile Controller
Object Pads
ObjectController
FunctionBusses
Tile ControlBus
PCI Interfaceto PC acting
as SurfaceManager
Power for TileControllers
Networked Surfaces